文 献 综 述
- 研究背景及意义
- 非均性产生的原因及影响
红外焦平面阵列(IRFPA)是一种兼具辐射敏感和信号处理功能的新一代红外探测器, 由焦平面探测器构成的热成像系统, 较其他热成像系统具有结构简单 ,可靠性高 ,探测灵敏度高等优点。但由于红外探测器材料 、制造工艺、探测器内部读出电路和工作环境的影响 ,使得焦平面阵列各个阵列元即使在相同的辐射通量照射下, 也会输出不相同的响应电压 ,这种响应的不一致性被称作红外图像的非均匀性 ,又称为固定图案噪声。红外图像的非均匀性是制约红外焦平面阵列发展和应用的重要因素 。因此 ,必须对红外焦平面器件进行非均匀性校正。
- 国内焦平面红外探测器研究现状
国 国内研制焦平面红外探测器主要研究机构有上海技术物理研究所、昆明物理研究所 所、国防科学技术大学、南京理工大学等单位。上海技术物理研究所在碲镉汞红外探测器 器的研制方面，包括材料生长、器件工艺设计、电路设计方面都积累了丰富的经验。南京 京理工大学在红外焦平面阵列非均匀性校正上开展了深入的研究。
目前，焦平面红外探测器产业化发展迅速，国内已有多家企业具有生产制冷行或非致冷型焦平面红外探测器的能力。近年来，国内已建有具有自主知识产权的 8英寸 0. 25 um 非致冷红外探测器生产线，新型氧化钒800 x600 高分辨力非致冷焦平面红外探测器及Ⅱ类超晶格红外探测器短波、中波和长波产品均已面世,这些成果对于提升国家自主创新能力和国家战略装备的研制具有重要意义。总体来看，国产焦平面红外探测器的制造能力正在迅速提高，不仅实现了从衬底、外延、芯片、封装到致冷机的自行设计和研发，也实现了从材料到组件的全国产化。
- 国外焦平面红外探测器研究现状
国外焦平面红外探测器的生产厂商主要分布在美国、英国、法国、德国日本及
以色列等国。美国 Ｒaythen 公司已研制出一种双波段 HgCdTe 红外焦平面阵列结构，而且还将会作为对现有的地基和机载战术系统进行升级的第三代产品而获得进一步的发展。在非致冷型探测器领域，Ｒaythen 公司正在与美国陆军夜视与电子传感器管理局及美国国防高级研究计划局( DAＲPA) 联合研制 2048 x1536 ( 三百万像元级) 非致冷焦平面阵列。
在小型探测器研究领域，DAＲPA 已成功研制了一系列像元间距为 5 -8 um 的红外探测器，而作为DAＲPA 的大口径海洋基础数据阵列计划的一部分，一种基于像元间距为 5 um 的碲镉汞焦平面阵列的中波红外相机也已被研制出。美国 Northrop Grumman 公司研制的硒化铅探测器被认为是焦平面红外探测的一大突破，这种致冷型光子探测器具有很高的灵敏度和成像速率，但价格低廉，无需采用低温制冷装置。法国 Sofradir 公司的红外探测器产品较多，包括HgCdTe，InSb，InGaAs，QWIP 以及微测辐射热计，覆盖了短波红外、中波红外、长波红外光谱。近期公司又推出了像元间距为 10 um 的 Daphnis 系列红外探测器，该探测器是世界上第一款采用小像元间距技术制成的致冷型中波红外成像产品，非常适合电光系统研究人员用来研制陆基、机载和舰载军事系统。
- 研究原理及相关方法
作为当今主流红外成像系统的核心器件———红外焦平面器件(Infrared FocalPlane Arrays,IRFPA),具有灵敏度高 、探测能力强 、结构简单、帧频高等诸多优点 ,是当今现代红外成像系统发展的主流方向。但由于探测器材料 、制作工艺 、读出电路等原因 , 红外焦平面器件各阵元间响应的非均匀性较大, 严重影响器件的温度分辨率 (NETD)和成像质量, 因此，非均匀性校正技术是必要的预处理技术。
目前,非均匀性校正方法分为两大类, 基于黑体(calibrationbased)的校正和基于场景(scenebased)的校正。基于黑体的非均匀性校正方法 ,是假定探测元的响应特性是非时变的(在一段时间内),通过事先利用定标辐射源(通常为黑体辐射源)对IRFPA各探测元的响应进行标定,来实现非均匀性校正,主要包括两点校正法、多点校正法和多项式拟合算法。后一类为基于场景的校正算法,该类方法利用连续图像来估计 IRFPA的校正系数和直接估计校正结果。如恒定统计平均法(CS)、人工神经网络法(ANNC)和时域高通滤波法(THPFC),基于干扰抵消原理的自适应校正法等等。尽管基于场景的校正方法得到了广泛的研究和发展 ,但在实际的红外成像系统中 ,特别是硬件电路实时校正时, 基于黑体的非均匀性校正方法仍然是IRFPA非均匀性校正的主要方法。主要原因有 :
(1)基于黑体的非均匀性校正方法原理简单 ,硬件易于实现和集成,对目标没有任何要求 ,也易于相互比较 ,是 IRFPA系统公认的评估手段;
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